Сварочные материалы

емкости баллона в дм3 на давление в баллоне в кгс/см2, определенное по манометру.

При перевозке жидкого кислорода масса тары, приходящаяся на 1 кг кислорода, уменьшается по сравнению с массой тары при перевозке газообразного кислорода более чем в 10 раз.

Максимальные температуры пламени: (в числителе – в смеси с воздухом; в

знаменателе – в смеси с кислородом).

;

;

;

;

;

Летом берут смесь 30% пропана, 70% бутана; зимой 70% пропана, 30% бутана.

;

;

.

231

Лабораторная работа № 1

Исследование сварочно-технологических свойств и производительности процесса при дуговой сварке в защитных газах (СО2 и его смеси с аргоном) плавящимся электродом низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Цель работы:

Наглядная демонстрация, изучение и сравнительный анализ сварочнотехнологических свойств и основных характеристик плавления способов механизированной сварки проволокой сплошного сечения в защитном газе разного состава.

1.Краткие теоретические сведения по теме:

Ксварочным материалам при механизированной сварке в защитных газах

относятся защитные газы и сварочные проволоки. Стальная сварочная проволока, предназначенная для сварки, изготавливается по ГОСТ 2246 – 70, защитный газ СО2 по ГОСТ 8050-85, аргон по ГОСТ 10157-2016, а газовые смеси по техническим условиям.

При этом способе сварки в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха.

Для получения при дуговой сварке высококачественных соединений необходима защита зоны дуги и расплавленного металла от вредного воздействия воздуха, а в ряде случаев также легирование и металлургическая обработка металла шва. При сварке в защитных газах для защиты зоны дуги и расплавленного металла используют газ, подаваемый струей при помощи горелки; иногда сварку выполняют в камерах, заполненных газом. В качестве защитных газов используют инертные газы (аргон, гелий и их смеси), не взаимодействующих с металлом при сварке, и активные газы (углекислый газ, водород и др.), взаимодействующие с металлом, а также их смеси.

Сварка в защитных газах отличается следующими преимуществами (по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытым электродом):

▪высокая производительность (в 1,5…3 раза);

232

▪более легкое ведение сварки;

▪отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке;

▪более широкая номенклатура свариваемых металлов;

▪возможность обеспечения требуемых свойств сварных соединений;

▪доступность механизации и роботизации процесса сварки.

Механизированная сварка в углекислом газе является наиболее распространенным из применяемых способов сварки в защитных газах. Она характеризуется высокой производительностью, низкой стоимостью и удовлетворительным качеством сварных швов. При этом следует отметить, что процесс сварки в СО2 сопровождается повышенным разбрызгиванием (до 15%) электродного металла. Брызги засоряют сопло, что может вызвать нарушение защиты зоны сварки и пористость металла шва, привариваются к основному металлу и требуют зачистки. Для сварки в СО2 характерны узкое и глубокое проплавление основного металла, препятствующее хорошей дегазации металла шва и способствующее образованию горячих трещин, усиление шва с более резким переходом к основному металлу, чем, например, при сварке под флюсом.

В последнее время широкое распространение получили смеси на основе аргона с добавками кислорода и углекислого газа. Эти добавки стабилизируют дугу, швы имеют гладкую ровную поверхность без подрезов с плавным переходом к основному металлу и благоприятную форму проплавления.

При введении в аргон 5% кислорода перенос металла улучшается и существенно уменьшается разбрызгивание. Присутствие слабо окислительной среды понижает поверхностное натяжение расплавленного металла, что приводит к снижению пористости и улучшению конфигурации шва.

При использовании смеси 80% Ar + (18÷20%) СО2 имеет место и струйный перенос практически без разбрызгивания металла и обеспечивается чашеобразный профиль проплавления основного металла.

При использовании для защиты зоны дуги газовой среды с содержанием более 25% СО2 горение дуги и перенос электродного металла подобны горению дуги и переносу электродного металла при сварке в чистом СО2.

233

В целом для сварки в смесях с большим содержанием аргона характерно резкое снижение разбрызгивания, улучшение формирования и внешнего вида шва. Поверхность шва более гладкая, без крупных чешуек шлака.

Важным достоинством газовых смесей на основе аргона является возможность обеспечения при их использовании высоких механических свойств, т.е. временного сопротивления разрыву при растяжении (σв) и относительного остаточного удлинения (δ) выше, чем при сварке в углекислом газе для всех сталей. Хотя газовые смеси на основе аргона имеют более высокую стоимость, чем углекислый газ, при их использовании достигают существенного экономического эффекта за счет снижения расхода сварочной проволоки, уменьшения потерь проволоки на разбрызгивание, снижения трудовых затрат на зачистку сварных соединений от приваренных брызг, повышения производительности на 10-20%.

Недостатком сварки в смесях на основе аргона является повышенное излучение дуги, большой нагрев сварочной горелки, чуть большая склонность к образованию пор по сравнению с этими же характеристиками при сварке в углекислом газе.

На производительность процесса дуговой сварки влияют следующие факторы:

1.сварочный ток;

2.коэффициент расплавления электрода αр;

3.коэффициент наплавки ан и д.

Любой процесс дуговой сварки неизбежно сопровождается более или менее значительными потерями металла на угар и разбрызгивание.

Угар – испарившаяся или окислившаяся часть расплавленного металла электрода и сварочной ванны, не попавшая в сварочную ванну.

Разбрызгивание – разбрасывание мелких и крупных капель расплавленного металла электрода и сварочной ванны.

Часть этих капель выбрасывается за пределы свариваемой детали, а часть прилипает к ее поверхности вдоль шва. Разбрызгивание металла – нежелательное явление, сопутствующее процессу переноса. В результате разбрызгивания снижается производительность процесса сварки, увеличиваются затраты:

- на зачистку сварных соединений от брызг;

234

- расход сварочных материалов, электроэнергию.

Разбрызгивание при сварке в защитных газах зависит от рода защитного газа, вида процесса сварки и переноса электродного металла, диаметра электрода и техники сварки, состава и типа электродной проволоки, наличия загрязнений на проволоке и свариваемом металле, качества защиты зоны сварки и свойств источника питания током.

Потери металла на угар и разбрызгивание определяются по формуле:

где mp – количество расплавленного электродного металла за определенный промежуток времени, г;

mн – количество наплавленного электродного металла за тот же промежуток времени, г.

Коэффициент расплавления электрода показывает, сколько электродного металла расплавляется под действием электрического тока величиной в 1 А за единицу времени сварки в 1 час и определяется по формуле:

где mp – количество расплавленного электродного металла, г;

Iсв –сварочный ток, А; tсв – время сварки, ч.

Коэффициент наплавки показывает, сколько электродного металла наплавляется под действием электрического тока величиной в 1 А за единицу времени сварки в 1 час и определяется по формуле:

где mн – количество наплавленного электродного металла, г.

Коэффициент наплавки обычно меньше коэффициента расплавления, так как не весь расплавленный электродный металл переходит в шов: часть его выгорает, часть разбрызгивается.

235

Более точным показателем эффективности процесса сварки является производительность наплавки, которую рассчитывают по формуле:

2.Оборудование, инструменты, материалы:

1.Полуавтомат с источником питания для механизированной сварки в защитном газе проволокой сплошного сечения.

2.Баллоны с углекислым газом и со смесью углекислого газа с аргоном

(80% Ar + 20% СО2).

3.Набор шаблонов для измерения катетов швов.

4.Пластины из низкоуглеродистой стали 140х180х(6-8) мм.

5.Сварочная проволока марки Св-08Г2С диаметром 1,2 мм (омедненная).

6.Весы, позволяющие определить массу взвешиваемого тела с погрешностью 0,1 г.

7.Секундомер.

8.Сварочный щиток.

9.Брезентовый костюм или фартук.

10.Брезентовые рукавицы.

3.Техника безопасности при выполнении работы:

1.Сварку выполнять только в головном уборе и спецодежде, которая должна быть плотно застегнута.

2.Для защиты лица и глаз от лучистой энергии применять щитки, шлемы, а от механических повреждений – предохранительные очки с прозрачными стеклами.

3.Не работать на неисправном оборудовании или неисправным инструментом.

4.В перерывах в работе выключать оборудование.

5.Для защиты от отравлений выделяющимися газами следить, чтобы во время работы была вентиляция: располагаться на рабочем месте так, чтобы предохранять себя от вдыхания выделяющихся газов, паров и пыли.

6.Для предотвращения поражения электрическим током следить за тем, чтобы сварочные установки были надежно заземлены; не прикасаться к распределительным щитам, проводам силовой, осветительной сети или другим

токоведущим частям; осмотр, перемещения оборудования и устранение

236

неисправностей его производить при выключенном рубильнике; для местного освещения пользоваться светильниками напряжением не выше 36 В и переносными лампами – 12В.

7. Для предотвращения пожаров в помещении, где производится сварка, не должны находиться легковоспламеняющиеся вещества.

Лабораторная работа рассчитана на 4 учебных часа и состоит из двух частей:

I. Исследование сварочно-технологических свойств в защитных газах (СО2 и его смеси с аргоном), используемых при дуговой сварке плавящимся электродом низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Последовательность выполнения работы:

1.Наплавить на пластину механизированной сваркой в СО2 проволокой марки Св-08Г2С не менее двух валиков на всю длину образца. Перемещение электрода производить по вытянутой спирали.

2.То же в смеси СО2 + Аr.

3.При сварке обращать внимание на особенности горения дуги, степени разбрызгивания металла, формирование и внешний вид шва.

4.Результаты оценки сварочно-технологических свойств, а также режимы сварки внести в таблицу 1.

5.То же по п.п 1-4 в вертикальном положении снизу вверх и сверху вниз. Сварку вести с небольшими поперечными колебаниями электрода.

6.Сварить тавровое соединение без разделки кромок механизированной сваркой в углекислом газе проволокой марки Св-08Г2С в горизонтальновертикальном положении перемещением электрода по вытянутой спирали.

7.То же в смеси углекислого газа с аргоном.

8.При сварке обращать внимание на особенности горения дуги, степени разбрызгивания металла, формирование и внешний вид шва, а также форму углового шва (выпуклый, прямой, вогнутый).

9.Результаты оценки сварочно-технологических свойств, а также режимы сварки внести в таблицу 1.

10.Сделать выводы.

237

238

II. Определение коэффициентов расплавления, наплавки, потерь на угар и разбрызгивание и производительности наплавки при механизированной сварке в углекислом газе и в смеси углекислого газа с аргоном

Последовательность выполнения работы:

1.Подготовить 6 пластин к наплавке валиков и взвешиванию, очистив их от заусенцев, ржавчины, масла и других загрязнений.

2.Взвесить пластины с точностью до 0,1 г и занести результаты в

таблицу 2.

3.Подготовить сварочную проволоку длиной 1 метр и взвесить ее. Результаты занести в таблицу 2.

4.Провести на рациональных режимах без перерыва при

включенном секундомере наплавку двух-трех валиков в СО2 на пластины (один валик – одна пластина) в нижнем положении, фиксируя при этом показания сварочного тока, напряжения, время сварки и скорость подачи проволоки. Полученные результаты занести в таблицу 2.

5.Определить длину расплавленной проволоки, используя показания скорости подачи проволоки и времени горения дуги, и рассчитать еѐ вес. Результаты занести в таблицу 2.

6.Зачистить пластины от брызг и взвесить с точность до 0,1 г. Полученную массу пластин занести в таблицу 2.

7.Определить массу наплавленного электродного металла, массу расплавленного электродного металла.

8.По формулам 1-4 посчитать потери на угар и разбрызгивание, коэффициент расплавления, коэффициент наплавки и производительность наплавки.

9.Опыты повторить по наплавке валиков в смеси СО2 и Ar..

10.Сделать выводы.

239